[发明专利]深紫外激光源

说明书

公开了一种用于生成深紫外(DUV)激光的方法和系统。在一个实施例中，DUV激光系统包括：光纤激光源，被配置为发射脉冲持续时间小于400飞秒(fs)的近红外脉冲基波激光束；非线性晶体组件，包括第一非线性晶体、第二非线性晶体和第三非线性晶体，该非线性晶体组件被配置为转换基波激光束以产生波长在200纳米(nm)至230nm范围内的五次谐波激光束；以及至少一个补偿板，设置在第一非线性晶体、第二非线性晶体和第三非线性晶体中的至少一个非线性晶体之前的至少一个位置中，并且被配置为使得通过至少一个补偿板传输的一对脉冲激光束在第一非线性晶体、第二非线性晶体和第三非线性晶体中的至少一个非线性晶体内在空间上和时间上重叠。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年12月30日提交的题为“DEEP ULTRAVIOLET LASER SOURCE(深紫外激光源)”的美国临时申请序列号63/131,877的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域总体上涉及激光系统，并且更具体地，涉及能够基于超快光纤激光器来生成深紫外(DUV)波长范围内的激光以用于消毒和灭菌应用的激光系统。

背景技术

消毒和灭菌对于限制病毒和感染在人类之间公共传播是必要的。当病毒或感染是致命的并且没有疫苗或治疗方法时，存在特殊需要。许多这些病毒通过包含病毒或微生物病原体的气溶胶或表面在人与人之间传播。即使化学消毒剂是用于杀死病原体的好方法，也需要使用持续的非化学消毒而不是谨慎消毒来遏制病毒的传播。

紫外(UV)光对于杀死微生物非常有效。遗憾的是，各种波长或波长带的紫外光可以对人体中的正常细胞产生有害影响。这些有害影响可以包括细胞损伤和DNA突变，其有可能导致癌症或其他致命疾病。最近，在紫外线C(UVC)波段内并具有200至230纳米(nm)波长范围的一个紫外光波段由于小于1微米(μm)的非常小的穿透长度而被确定为对人类是安全的。微生物和病毒病原体仍然可以被这种光有效地消灭，但人类细胞却不能。

目前正在开发200至230nm范围内的UV灯和UV发光二极管(UV-LED)以用于杀死病原体。这些非相干光源具有一些缺点。一方面，功率密度随着距源的距离而显著减小，这要求源更靠近消毒区域。这限制了可以使用这些源的应用及其有效性。此外，这些源具有非常短的使用寿命，这导致需要持续更换UV灯或LED。这不仅不方便，而且如果灯或LED性能下降且不再有效，还产生安全问题。

UV激光源具有高功率密度并且光是定向的。可以高速扫描激光源以提供适当的功率密度来消灭病原体。由于其固有的良好光束质量和低光束发散度，因此激光可以有效地传播通过很远的距离，以影响距激光源数十或数百米的表面和体积处的病原体。此外，当实现适当的激光设计时，激光源变得更加坚固，预期寿命也更长。遗憾的是，DUV激光源的使用寿命没有其他波长的激光器长。此外，出于避免损坏组件的目的，还必须考虑特殊预防措施，包括在激光附近使用的材料。存在在UV波长范围内具有吸收性的许多材料，并且这些材料中的一种或多种材料的脱气可能覆盖光学器件，这可以导致激光组件的灾难性损坏。用于解决该问题的一种方法是限制所使用材料的类型并隔离激光晶体光学器件以避免损坏。即使采取预防措施，例如用诸如干燥空气、氮气、氩气或氦气之类的气体进行连续吹扫，这也是极难实现的。

发明内容

各方面和实施例涉及用于生成DUV激光的方法和系统。

根据一个实施例，一种深紫外(DUV)激光系统包括：光纤激光源，被配置为发射近红外基波波长的激光束，基波激光束被配置为具有小于400飞秒(fs)的脉冲持续时间的多个脉冲；非线性晶体组件，包括第一非线性晶体、第二非线性晶体和第三非线性晶体，并被配置为转换基波激光束以产生波长在200纳米(nm)至230nm范围内的五次谐波激光束；以及至少一个补偿板，设置在第一非线性晶体、第二非线性晶体和第三非线性晶体中的至少一个非线性晶体之前的至少一个位置中，并且被配置为使得通过至少一个补偿板传输的一对脉冲激光束在第一非线性晶体、第二非线性晶体和第三非线性晶体中的至少一个非线性晶体内在空间上和时间上重叠。